ES2754083A1 - Aparato de ensayo para medir la resistencia al deslizamiento de una probeta plana de un pavimento y método de ensayo de pulimento acelerado mediante el mismo. - Google Patents

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Rodriguez Antonio Ramirez
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Barranco José Ramón Marcobal
Martín Baltasar Alvarez
Rodríguez Carlos Blázquez
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Abstract

Aparato de ensayo para medir la resistencia al deslizamiento de una probeta plana de un pavimento y método de ensayo de pulimento acelerado mediante el mismo. Aparato (1) de ensayo de la resistencia al deslizamiento de una probeta (2) plana, con dispositivo de pulimentado (4) con tres ruedas (5) y, dispositivo de medida (8) de la resistencia al deslizamiento, que comprende medios de dosificación de material abrasivo, medios de dosificación de agua y, medios de desplazamiento vertical del dispositivo de pulimentado (4), con ruedas (5) macizas, fijas y alineadas tangencialmente. Método de ensayo de pulimento con aparato (1) como el definido que comprende la obtención de una probeta (2); realización de primera etapa de series de ciclos de pulimento y medición del coeficiente de fricción; con aporte de material abrasivo durante los ciclos; realización de segunda etapa de series de ciclos y medición del coeficiente de fricción; con aporte de material abrasivo durante series alternas de ciclos; y aporte continuo de agua en primera y segunda etapas, y; obtención de una curva de evolución (18) del coeficiente de fricción.

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato de ensayo para medir la resistencia al deslizamiento de una probeta plana de un pavimento y método de ensayo de pulimento acelerado mediante el mismo.
Campo técnico de la invención
La presente invención corresponde al campo técnico de los medios de ensayo de una probeta plana de un pavimento, para medir su resistencia al deslizamiento, y en concreto a un aparato de ensayo y un método de ensayo realizado mediante el mismo.
Antecedentes de la Invención
La resistencia al deslizamiento es una fuerza horizontal producida por la interacción del neumático en movimiento con la superficie de la carretera sobre la que se apoya y que se opone al deslizamiento de la rueda. A través de esta resistencia el vehículo puede acelerar, maniobrar, girar y parar de una manera segura. La resistencia al deslizamiento varía con la velocidad y con las condiciones de giro de la rueda, en concreto, la resistencia al deslizamiento que se genera cuando el neumático deja de rotar y desliza sobre la superficie del firme es de gran relevancia. Su valor es el producto entre el coeficiente de rozamiento y la fuerza normal que ejerce el vehículo sobre el pavimento y depende de la regularidad del firme.
El rozamiento es la resistencia que se encuentra un objeto al moverse sobre una superficie. En carretera está definido por el comportamiento del caucho del neumático y por las características de la capa de rodadura. Las fuerzas de fricción en los materiales elastómeros (neumáticos) se producen en un proceso térmico y cinético-molecular y se deben a las componentes de adherencia y de histéresis.
La adherencia está generada por los enlaces intermoleculares entre la rueda y el pavimento, que surgen cuando las micro-asperezas de las dos superficies entran en contacto, creando fuerzas de Van der Waals que las atraen. La adherencia está relacionada con el área de contacto entre neumático y superficie, es dominante en la resistencia al deslizamiento hasta que se produce un deslizamiento crítico. Al ser el caucho un material visco-elástico, las componentes del rozamiento pueden variar en gran medida con la temperatura de la superficie y la velocidad de deslizamiento.
La histéresis se debe a la pérdida de energía debida a la deformación de la rueda por las protuberancias y depresiones de la superficie de rodadura. Está relacionada con la macro-textura. La adherencia es predominante a bajas velocidades de deslizamiento y la histéresis a deslizamientos de velocidad elevada.
El deslizamiento se produce, bien en un movimiento de las ruedas en la dirección de la marcha cuando se frena un vehículo bloqueando las ruedas, o cuando, por efecto de la fuerza centrífuga o derrapes, se produce un deslizamiento lateral. La medida del rozamiento longitudinal puede ser distinta a la transversal.
En la resistencia al deslizamiento intervienen varios elementos: el vehículo, la superficie del pavimento, las cargas y los factores ambientales.
Así pues, la resistencia al deslizamiento es una medida de la seguridad ofrecida por la superficie de rodadura de un pavimento y tiene una gran influencia en la reducción de los accidentes, especialmente en circunstancias de lluvia o superficie mojada.
Debido a lo transcendental de la seguridad de los usuarios y de la eficacia de las redes de carreteras, la medida de la resistencia al deslizamiento se ha convertido en una herramienta básica para la gestión de las redes.
A pesar de ello la resistencia al deslizamiento es un parámetro que no está adecuadamente controlado por una serie de razones.
En primer lugar, esta falta de control se debe a que no se dispone de medios contrastados de medida del mismo. El ensayo que se viene utilizando en España, vigente actualmente en la normativa europea sobre mezclas bituminosas, caracteriza únicamente el árido grueso, pero no se ensaya el árido fino ni lo que es más importante la mezcla bituminosa en sí misma. Esto significa que no hay procedimientos directos para predecir la resistencia al deslizamiento tanto inicial como la que resulta del paso del tráfico, salvo dosificar las mezclas bituminosas de manera que se optimice este parámetro.
Este planteamiento ha quedado en duda en la práctica en las ocasiones en que, a pesar de cumplir los requisitos de ensayo del árido y de textura de la superficie, el comportamiento a medio plazo, en términos de coeficiente de rozamiento transversal, no ha sido satisfactorio.
En segundo lugar, las mezclas bituminosas tienen unas fuertes variaciones por factores que no dependen únicamente de sus componentes o de la ejecución de la capa, y que son difícilmente controlables, entre ellos la situación de humedad/sequedad de la zona en la que se encuentra el tramo o la presencia de partículas en la superficie. Estos factores hacen que la resistencia al deslizamiento varíe al alza o a la baja de una manera difícil de predecir y que los resultados de la medida sean función de estos factores. En consecuencia, una capa de rodadura determinada va cambiando estacionalmente su resistencia al deslizamiento y la caracterización de la misma depende del momento de la medida. En consecuencia, es difícil establecer criterios de intervención.
Son necesarios por tanto otros planteamientos, que introduzcan además de la resistencia al deslizamiento inicial del pavimento, su evolución con el tráfico, en el diseño de las capas de rodadura y los tratamientos superficiales. Estos ensayos deben someter a pruebas de pulimento no ya los áridos, sino la superficie del pavimento, bien in situ, bien sobre testigos, y probetas fabricadas en laboratorio previamente a la obra.
Actualmente, entre los medios conocidos que se utilizan para medir la resistencia al deslizamiento de probetas de mezclas bituminosas en laboratorio cabe destacar, por un lado, equipos de pulimentado que someten a las probetas a un proceso de desgaste similar al que sucede en las carreteras y equipos de medida del rozamiento de dichas probetas.
Entre los primeros es conocido un dispositivo con tres ruedas pivotantes unidas a una placa giratoria de modo que las ruedas se muevan siguiendo una trayectoria circular. La fricción de las ruedas pivotantes en la superficie de la probeta pule la mezcla bituminosa de forma similar a la manera en que los neumáticos de los vehículos pulen las mezclas bituminosas de una carretera. Se trata de un dispositivo adaptable que permite, por ejemplo, configuraciones de mayor o menor peso de la placa giratoria (añadiendo o quitando módulos) y un amplio rango de velocidades de rotación.
Este dispositivo presenta ciertos inconvenientes como es un elevado desgaste de los neumáticos de las ruedas, que por tanto varía las condiciones de realización del ensayo y genera una alteración del resultado. Además, el hecho de que las ruedas sean pivotantes, genera una serie de vibraciones en las mismas que de nuevo alteran el resultado.
Por otro lado, es un dispositivo que no consigue reflejar las condiciones reales de circulación, ya que no se considera la existencia de polvo y arena en los pavimentos, que actúan como abrasivo que contribuye al desgaste y comportamiento del firme. Así mismo, es necesario considerar la actuación de humedades debidas a la lluvia y con este dispositivo no se reflejan las condiciones de un pavimento cuando llueve.
Entre los segundos es conocido un medidor de fricción dinámica (en adelante DFT iniciales de “Dynamic Friction Tester”) que está especificado en la norma ASTM E 1911. El DFT tiene tres zapatas de caucho que están montadas mediante un muelle en un disco con un diámetro de 350mm. El disco se suspende inicialmente por encima de la superficie del pavimento y es accionado por un motor hasta que la velocidad tangencial de las zapatas es de 90 km/h. En ese momento se aplica agua a la superficie de ensayo, se desconecta el motor y se baja el disco. Las tres zapatas de caucho contactan con la superficie y la fuerza de fricción se mide mediante un transductor durante el período de desaceleración del disco, hasta su detención. La fuerza de fricción y la velocidad durante la desaceleración del disco se guardan en un archivo.
El DFT se puede utilizar para medir la fricción como una función de la velocidad en el rango de 0 a 90 km/h. Toda la operación es controlada por un software instalado en un ordenador portátil. El DFT se puede utilizar para medir las características de fricción de probetas que tengan al menos 450 x 450mm2.
Ahora bien, las pruebas realizadas para medir la resistencia al deslizamiento con los equipos mencionados no han dado resultados satisfactorios pues el dispositivo de pulimentado no consigue reflejar las condiciones reales de un pavimento lo que ocasiona que el dispositivo de medición de fricción tampoco consiga obtener unos valores representativos de la fricción en condiciones reales de los pavimentos.
La presente invención está orientada a la solución de ese problema.
Descripción de la invención
El aparato de ensayo para medir la resistencia al deslizamiento de una probeta plana de un pavimento que aquí se presenta, comprende una carcasa de protección en cuyo interior presenta un dispositivo de pulimentado configurado por tres ruedas unidas a una plataforma giratoria conectada a unos medios de accionamiento y control para llevar a cabo una o más series de ciclos de pulimentado sobre una primera corona circular de la probeta plana y, un dispositivo de medida de la resistencia al deslizamiento de la probeta configurado para actuar sobre la zona de la misma en forma de una segunda corona circular. Este aparato de ensayo comprende medios dispuestos para ubicar el dispositivo de medida de la resistencia al deslizamiento sobre la probeta plana tras una serie de ciclos de pulimentado de manera que dicha segunda corona circular queda comprendida en el interior de la primera corona circular.
Dicho aparato de ensayo comprende además unos medios de dosificación de material abrasivo sobre la superficie de la probeta y unos medios de dosificación controlada de agua sobre la misma.
Así mismo, el aparato de ensayo comprende unos medios de desplazamiento vertical del dispositivo de pulimentado configurados para situarlo en una primera posición sobre la probeta, para la realización de una serie de ciclos de pulimentado y en una segunda posición a una altura determinada sobre la probeta cuando se termina dicha serie de ciclos, tal que permite el posicionamiento del dispositivo de medida de la resistencia al deslizamiento sobre la probeta.
En este aparato de ensayo, las ruedas del dispositivo de pulimentado son ruedas macizas sujetas a la plataforma giratoria en una posición fija y tal que están situadas alineadas tangencialmente.
También forma parte de la presente invención un método de ensayo de pulimento acelerado de una probeta plana de un pavimento, mediante un aparato de ensayo para medir como el definido previamente.
Este método de ensayo comprende unas fases que se definen a continuación:
Una primera fase de obtención de una probeta plana de pavimento o fabricación de la misma en el laboratorio.
Una segunda fase de realización de una primera etapa de ejecución de series de determinados números de ciclos de pulimento y medición del coeficiente de fricción tras cada serie, en la superficie de dicha probeta, donde dicha primera etapa comprende un total de al menos 4000 ciclos de pulimento.
En esta primera etapa se cumple que durante todas las series de ciclos de pulimento se realiza un aporte de material abrasivo sobre la superficie de la probeta.
A continuación, tiene lugar una tercera fase de realización de una segunda etapa de ejecución de series de determinados números de ciclos de pulimento y medición del coeficiente de fricción tras cada serie, en la superficie de dicha probeta, donde dicha segunda etapa comprende un número de ciclos tal que la probeta queda sometida a un total de al menos 22000 ciclos de pulimento.
En esta segunda etapa se cumple que durante series alternas de ciclos de pulimento se realiza un aporte de material abrasivo sobre la superficie de la probeta.
Además, durante la primera y la segunda etapa, tanto durante la ejecución de las series de ciclos de pulimento como durante la medición del coeficiente de fricción, se realiza un aporte regulado de agua sobre la superficie de la probeta mediante unos medios de dosificación controlada de agua, para la humectación de la misma.
Finalmente se realiza una tercera fase de obtención de una curva de evolución del coeficiente de fricción.
Con el aparato de ensayo para medir la resistencia al deslizamiento de una probeta plana y el método de ensayo de pulimento acelerado que aquí se proponen se obtiene una mejora significativa del estado de la técnica.
Esto es así pues el aparato de ensayo integra ambos dispositivos de pulimentado y de medición del coeficiente de fricción de manera que permite la realización de ensayos tanto en laboratorio como in situ.
Es válido para cualquier tipo de pavimentos, tanto bituminosos o asfálticos, como pavimentos de hormigón, peatonales, etc...
En lo referente al dispositivo de pulimentado que forma parte de este aparato de ensayo resulta más eficaz que el dispositivo utilizado en la actualidad, dado que las ruedas de la plataforma giratoria están sujetas de manera fija y alineadas tangencialmente con lo que se eliminan vibraciones y con ello se obtienen resultados más reales. Además dichas ruedas son macizas (preferiblemente de goma), con lo que se elimina el desgaste de los neumáticos, consiguiendo mantener de este modo las condiciones de ensayo inalteradas durante toda la realización del mismo y se proporciona un valor más constante a lo largo del ensayo.
Gracias a la existencia en el aparato de ensayo de unos medios de dosificación de material abrasivo sobre la superficie de la probeta, se consigue acelerar de forma significativa el proceso, con lo que si actualmente son necesarios un total de 90.000 ciclos para la realización del ensayo, con este aparato se reduce a un orden de 22.000 ciclos, por lo que se consigue una importante reducción tanto del tiempo necesario para la realización del ensayo, como del desgaste de los equipos.
Por otro lado, se consigue una mejor simulación de las condiciones reales de una calzada mediante la aplicación de material abrasivo y por tanto los resultados obtenidos son más fiables.
Además, el aparato comprende unos medios de dosificación controlada de agua, con la posibilidad de regular y simular de forma mucho más precisa las condiciones reales de una calzada cuando llueve.
El ensayo realizado mediante la utilización de este aparato de ensayo consigue una simulación mucho más precisa de las condiciones reales de un pavimento, mediante la utilización de material abrasivo y agua en un volumen regulado sobre la calzada, de manera que se logra reflejar la variación del comportamiento del firme según las condiciones que actúan sobre el mismo.
De este modo, con el aparato de ensayo aquí propuesto se consigue elaborar curvas de evolución del coeficiente de fricción que pueden interpretarse diferenciando condiciones óptimas del pavimento y condiciones desfavorables del mismo tal que permitan seleccionar los tratamientos más adecuados para restablecer la resistencia al deslizamiento en pavimentos que lo precisen.
Resulta por tanto un aparato de ensayo y un método de ensayo muy efectivos para la predicción del coeficiente de fricción de pavimentos y la aplicación del resultado obtenido en la optimización de la evolución de la resistencia al deslizamiento de dichos pavimentos.
Breve descripción de los dibujos
Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se aporta como parte integrante de dicha descripción, una serie de dibujos donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La Figura 1.- Muestra una vista en perspectiva del aparato de ensayo en una primera posición en la que está actuando el dispositivo de pulimentado sobre una probeta de un pavimento, para un modo de realización preferente de la invención.
La Figura 2.- Muestra una vista en perspectiva del aparato de ensayo en una segunda posición en la que está actuando el dispositivo de medida de la resistencia al deslizamiento sobre la probeta de un pavimento, para un modo de realización preferente de la invención.
La Figura 3.- Muestra una vista en planta inferior del dispositivo de medida de la resistencia al deslizamiento del aparato de ensayo, para un modo de realización preferente de la invención.
La Figura 4.- Muestra una vista en planta de la probeta plana de pavimento tras la actuación del aparato de ensayo, para un modo de realización preferente de la invención.
La Figura 5.- Muestra una gráfica con la curva de evolución del coeficiente de fricción obtenida en un ensayo ejemplificativo, para un modo de realización preferente de la invención.
La Figura 6.- Muestra una gráfica con las curvas envolventes de los valores máximos y de los valores mínimos, obtenida en un ensayo ejemplificativo, para un modo de realización preferente de la invención.
Descripción detallada de un modo de realización preferente de la invención
A la vista de las figuras aportadas, puede observarse cómo en un modo de realización preferente de la invención, el aparato (1) de ensayo para medir la resistencia al deslizamiento de una probeta (2) plana de un pavimento que aquí se propone, comprende una carcasa (3) de protección en cuyo interior presenta un dispositivo de pulimentado (4) configurado por tres ruedas (5) unidas a una plataforma giratoria (6) conectada a unos medios de accionamiento y control para llevar a cabo una o más series de ciclos de pulimentado sobre una primera corona (7) circular de la probeta (2) plana.
El aparato (1) de ensayo comprende además un dispositivo de medida (8) de la resistencia al deslizamiento de la probeta (2) configurado para actuar sobre una zona de la misma en forma de una segunda corona (9) circular y, medios dispuestos para ubicar el dispositivo de medida (8) de la resistencia al deslizamiento sobre la probeta (2) plana tras una serie de ciclos de pulimentado de manera que dicha segunda corona (9) circular queda comprendida en el interior de la primera corona (7) circular.
Como se muestra en la Figura 1, este aparato (1) de ensayo comprende unos medios de dosificación de material abrasivo sobre la superficie de la probeta (2) y unos medios de dosificación controlada de agua sobre la misma.
En este modo de realización preferente de la invención, dichos medios de dosificación controlada de agua comprenden un depósito de agua, una bomba volumétrica conectada a la misma (no representados en las Figuras) y al menos dos difusores (10) fijados en la carcasa (3) de protección. Con ellos es posible reproducir las condiciones del pavimento en situaciones de lluvia, por lo que los resultados obtenidos son más reales y fiables.
Por su parte, en este modo de realización preferente de la invención, los medios de dosificación de material abrasivo están situados sujetos sobre la plataforma giratoria (6) y presentan unos medios de control (12) inalámbricos y un depósito (11) del material abrasivo. En este caso el material abrasivo considerado es un grano de esmeril natural.
Así mismo, el aparato (1) de ensayo comprende unos medios de desplazamiento vertical del dispositivo de pulimentado (4) configurados para situarlo en una primera posición sobre la probeta (2), para la realización de una serie de ciclos de pulimentado, tal y como se muestra en la Figura 1 y, en una segunda posición a una altura determinada sobre la probeta (2), como puede observarse en la Figura 2, cuando se termina dicha serie de ciclos, tal que permite el posicionamiento del dispositivo de medida (8) de la resistencia al deslizamiento sobre la probeta (2).
Así pues, mediante este aparato (1) es posible el ensayo de una probeta (2) de pavimento mediante la actuación del dispositivo de pulimentado (4) sobre la misma y tras la realización de un número determinado de ciclos de pulimentado, los medios de desplazamiento vertical trasladan dicho dispositivo de pulimentado (4) a una altura tal que se permite la colocación sobre la probeta (2) del dispositivo de medida (8) de la resistencia al deslizamiento, para que éste realice el cálculo del coeficiente de fricción correspondiente a tal número de ciclos de pulimentado.
En el dispositivo de pulimentado (4) que forma parte de este aparato (1) de ensayo, las ruedas (5) utilizadas son macizas (preferiblemente de goma) y están sujetas a la plataforma giratoria (6) en una posición fija, y situadas alineadas tangencialmente. Al ser ruedas (5) macizas, se reduce el desgaste de las mismas con lo que además de reducir los costes por mantenimiento, se consigue mantener las condiciones de realización de ensayos inalterables por un mayor tiempo, de manera que se obtienen unos valores más constantes.
Así mismo, al ser ruedas (5) que están fijas respecto a la plataforma giratoria (6) y alineadas tangencialmente, se eliminan las molestas vibraciones que ocurrían con ruedas pivotantes.
En este modo de realización preferente de la invención, la probeta (2) plana es una probeta elaborada en laboratorio y el aparato (1) de ensayo comprende una zona de recepción (13) de la misma, como puede observarse en la Figura 1. En este caso, los medios de desplazamiento vertical del dispositivo de pulimentado (4) permiten el posicionamiento del mismo sobre dicha probeta (2).
En otros modos de realización la probeta (2) plana puede ser una probeta delimitada in situ en una superficie de rodadura de un pavimento, en cuyo caso el aparato (1) de ensayo y los medios de desplazamiento vertical del dispositivo de pulimentado están dispuestos tal que pueden posicionar el dispositivo de pulimentado (4) sobre dicha probeta (2).
La carcasa (3) de protección del aparato (1) de ensayo, que en este modo de realización está configurada a modo de jaula, permite centrar la probeta (2) de ensayo en la ubicación adecuada para la correcta utilización de los dispositivos de pulimentado y de medida (4, 8) de la resistencia al deslizamiento, sobre la misma. Además, permite el alojamiento de las tuberías (14) y difusores (10) de agua, tal y como se muestra en la Figura 1 y, presenta una puerta (22) de acceso a su interior (representada en posición abierta en las figuras) con un dispositivo de control de apertura y cierre, de manera que el aparato (1) de ensayo sólo puede estar en funcionamiento cuando la puerta (22) está cerrada, consiguiendo de este modo que la carcasa (3) ejerza de protección del personal frente accidentes y descuidos.
En este modo de realización preferente de la invención los medios de desplazamiento están formados por unos gatos hidráulicos (no representados en las Figuras). Estos elevan el dispositivo de pulimentado (4), tal y como se muestra en la Figura 2, tal que se permita la colocación del dispositivo de medida (8) de la resistencia al deslizamiento sobre la probeta (2).
Como se muestra en la Figura 3, dicho dispositivo de medida (8) de la resistencia al deslizamiento comprende un disco (15) que presenta tres zapatas (16) de goma dispuestas tal que el giro del disco (15) permite que la trayectoria de dichas zapatas (16) describan la segunda corona (9) circular. Comprende además un software de medida del coeficiente de fricción en función de la deceleración del disco (15).
Como se muestra en la Figura 4, en este modo de realización preferente de la invención, la diferencia entre el diámetro exterior y el diámetro interior de la primera corona (7) circular es mayor que la diferencia entre dichos diámetros de la segunda corona (9) circular. De forma preferida, esta diferencia será de al menos 36mm.
De este modo, la segunda corona (9) circular presenta un menor ancho que la primera corona (7) circular, proporcionándose de este modo un margen de seguridad suficiente para garantizar que el dispositivo de medida (8) de la resistencia al deslizamiento actúa dentro de la primera corona (7) circular resultante del pulimentado por la acción del dispositivo de pulimentado (4).
En este modo de realización preferente de la invención, los medios de accionamiento y control (17) del dispositivo de pulimentado (4) comprenden un microprocesador y están conectados a un motor de giro de la plataforma giratoria (6), a los medios de dosificación controlada de agua y a los medios de dosificación de material abrasivo.
Dichos medios de accionamiento y control (17) comprenden un reductor para facilitar el control de la velocidad de giro y están configurados de manera que la velocidad tangencial de las ruedas (5) está comprendida entre 2-5 Km/h. Esto es así pues a una velocidad mayor está comprobado que las ruedas (5) derrapan y no pulimentan adecuadamente la probeta (2).
Además, estos medios de accionamiento y control (17) comprenden un contador láser o magnético de revoluciones, configurado para programar las series de ciclos necesarias a llevar a cabo.
En este modo de realización preferente de la invención, el dispositivo de pulimentado (4) presenta un peso fijo comprendido entre 40 y 45kg.
Forma también parte de la presente invención un método de ensayo de pulimento acelerado de una probeta plana de un pavimento, mediante un aparato de ensayo para medir la resistencia al deslizamiento tal como el definido en esta memoria.
Dicho método de ensayo presenta las fases que se definen a continuación.
Una primera fase de obtención de una probeta (2) plana de pavimento. En el ejemplo aquí descrito a modo de realización preferente de la invención esta probeta (2) se ha definido como una probeta (2) elaborada en laboratorio.
A continuación, tiene lugar una segunda fase de realización de una primera etapa de ejecución de series de determinados números de ciclos de pulimento y medición del coeficiente de fricción tras cada serie, en la superficie de dicha probeta (2).
Esta primera etapa comprende un total de al menos 4000 ciclos de pulimento. En la tabla 1 se representa la secuencia del ensayo de pulimento realizado en este modo de realización preferente de la invención y, como se muestra en la dicha tabla 1, este ensayo comprende una primera serie de 1000 ciclos de pulimento y, una segunda y una tercera serie de 1500 ciclos cada una.
Durante todas las series de ciclos de pulimento de la primera etapa se realiza un aporte de material abrasivo sobre la superficie de la probeta (2).
Así mismo, durante esta primera etapa se realiza un aporte continuo de agua sobre la superficie de la probeta (2) mediante unos medios de dosificación controlada de agua, para la humectación de la misma, durante los ciclos de pulimentado
La tercera fase consiste en la realización de una segunda etapa de ejecución de series de determinados números de ciclos de pulimento y medición del coeficiente de fricción tras cada serie, en la superficie de dicha probeta (2), donde dicha segunda etapa comprende un número de ciclos tal que la probeta queda sometida a un total de al menos 22000 ciclos de pulimento.
En la tabla 1 puede observarse que esta segunda etapa comprende un número determinado de series de 1500 ciclos cada una hasta llegar a los 22000 ciclos.
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Tabla 1
En esta segunda etapa, se realiza un aporte de material abrasivo sobre la superficie de la probeta (2) durante series alternas de ciclos de pulimento. Además, se realiza un aporte regulado de agua sobre la superficie de la probeta (2) mediante los medios de dosificación controlada de agua, para la humectación de la misma en todas las series de ciclos.
Al finalizar cada serie de ciclos, se haya realizado aporte de material abrasivo o no, se aplica el dispositivo de medida (8) de rozamiento sobre la probeta (2) y se obtiene el valor del coeficiente de fricción.
En este modo de realización preferente de la invención, el coeficiente de fricción obtenido mediante el proceso de medición tras cada serie es el que se obtiene de la medición a una velocidad de 20km/h (DF20).
Aunque no se refleja en el ejemplo aquí descrito, el método de realización expuesto puede realizarse exactamente igual para velocidades superiores a 20km/h, considerándose como un rango preferente de velocidades de ensayo el rango entre 20km/h y los 40km/h, que respectivamente permitirán obtener los coeficientes de fricción correspondientes a cada velocidad de ensayo entre (DF20) y (DF40).
Finalmente, la cuarta fase consiste en la obtención de una curva de evolución (18) del coeficiente de fricción con el tráfico acumulado, simulado mediante el número de vueltas del dispositivo de pulimentado (4). En la Figura 5 se muestra que para 22.000 vueltas acumuladas, con el protocolo de ensayo aquí expuesto, el valor DF20 resulta prácticamente constante tanto para los picos máximos como para los mínimos (y ello ocurre con todas las superficies bituminosas estudiadas con este procedimiento), describiendo la curva, en términos gráficos, dos asíntotas horizontales, una de máximos y otra de mínimos, por lo que se ha asumido en el estudio que no tiene interés continuar el ensayo con un número mayor de ciclos.
Si se observa dicha Figura 5, puede deducirse que existe un primer tramo (T1), en el que el material abrasivo va desnudando el árido del betún adherido, por lo que se registra un incremento de la fricción, hasta alcanzar un máximo o pico.
Se observa igualmente la existencia de un segundo tramo (T2) en que la fricción comienza a reducirse, debido a que el árido, desprovisto ya de betún, comienza a perder textura por la acción del grano de esmeril combinado con la acción de las ruedas (5).
Finalmente, la curva de evolución (18) del coeficiente de fricción presenta un tercer y último tramo (T3), en forma de dientes de sierra, aunque con tendencia decreciente. En este tercer tramo (T3), la rama ascendente de cada “diente” se corresponde con la realización de una serie de ciclos en la que se aporta material abrasivo, lo que genera textura en el árido, que aumenta la fricción, mientras que la rama descendente de cada “diente” se corresponde con una serie de ciclos en la que no existe dicho aporte de material abrasivo, por lo que el paso de las ruedas (5) de goma sin abrasivo produce un pulido suave que reduce la fricción.
Así pues, el objetivo de la alternancia de series de ciclos de pulimento con y sin aporte de material abrasivo es el de someter la superficie de ensayo a una alternancia de abrasión y pulimento suave, lo que va generando respectivamente los puntos altos y bajos, en forma de diente de sierra, de la curva de evolución (18) del coeficiente de fricción.
Ahora bien, esta curva de evolución (18) obtenida puede reinterpretarse en términos de ingeniería de pavimentos. En cierta medida el seguimiento de tramos de carreteras en servicio demuestra cada día que el coeficiente de fricción del pavimento tiende a disminuir a largo plazo, pero no lo hace de una forma monótona, sino con curvas de evolución que presentan también subidas y bajadas.
Esta falta de monotonía en la evolución del coeficiente de fricción suele atribuirse a varios factores: la climatología, particularmente las lluvias y su efecto de lavado del pavimento, y otros factores, cuya influencia en conjunto no ha sido posible modelizar para todos los tipos de pavimentos. Suele decirse que estas fluctuaciones del coeficiente de fricción responden a condiciones favorables o desfavorables del momento en que se realiza la medición y de las condiciones meteorológicas y de tráfico durante las semanas precedentes a la medida.
En el caso de las gráficas obtenidas en probetas pulimentadas con el dispositivo de pulimento (4) de este aparato (1) de ensayo aquí propuesto, dichas fluctuaciones parecen reproducir, de una forma normalizada, situaciones óptimas y pésimas de la superficie que se está evaluando, siempre dentro de una tendencia general “a largo plazo” de pérdida de fricción.
En este modo de realización preferente de la invención, a partir de la curva de evolución (18) del coeficiente de fricción es posible obtener la gráfica que se muestra en la Figura 6, en la que se ha realizado el trazado de una primera envolvente (19) de los puntos altos y una segunda envolvente (20) de los puntos bajos, dando lugar a dos ramas, una de puntos óptimos (la primera envolvente (19)) y otra de situaciones pésimas (la segunda envolvente (20)). Precisamente ésta segunda envolvente (20), la curva de mínimos, es la crítica, que debe tenerse en cuenta para el análisis de las condiciones de seguridad de la carretera.
En este ensayo, tras la realización de 22.000 ciclos en las superficies más resistentes, se obtiene una estabilización del valor DF20, tanto los máximos como los mínimos, por lo que se deduce que, en términos de fricción, la superficie ha alcanzado el equilibrio, es decir, ya no pierde más coeficiente de fricción, aunque continúen los ciclos con el aparato de pulimento.
Esto es extrapolable a los pavimentos como por ejemplo las carreteras, en las que se observa que, después de un número de años en servicio alcanza un valor mínimo, que lo caracteriza, a partir del cual el coeficiente de fricción se estabiliza. Desafortunadamente este valor “mínimo estable” puede ser insuficiente para garantizar la seguridad de los vehículos.
Finalmente, a partir de las gráficas mostradas en las Figuras 5 y 6, puede obtenerse un parámetro adicional consistente en la distancia entre la primera y la segunda envolventes, que se denomina ADF20 (21). Este valor constituye un indicador de la magnitud de las fluctuaciones que pueden esperarse en el coeficiente de fricción de la superficie, en función de si las condiciones de pulimento previas sean más o menos favorables.
Así pues, con este ensayo de pulimento acelerado realizado con el aparato (1) de ensayo definido, en el que se combina el pulimento de la superficie de la probeta (2) y la medida del coeficiente de fricción, es posible obtener una curva de evolución (18) de dicho coeficiente que ofrecen un patrón típico consistente como se ha visto en un primer tramo (T1) de denudado del árido hasta alcanzar un pico, un segundo tramo (T2) de bajada del coeficiente DF20 por pulimento del árido y un tercer tramo (T3) con evolución en dientes de sierra debida a la alternancia de la aplicación de material abrasivo.
Puede afirmarse pues, que el pulimento acelerado de superficies con el aparato (1) de ensayo objeto de la invención es una herramienta interesante para seleccionar los tratamientos más adecuados para restablecer la resistencia al deslizamiento en pavimentos que lo precisen. En laboratorio pueden probarse distintos áridos, ligantes, aditivos, o técnicas para determinar las que mejor puedan garantizar la fricción neumático pavimento a largo plazo. El uso de este equipo de laboratorio puede contribuir al adecuado diseño de capas delgadas y ultradelgadas, muy especializadas para rodadura, que ahorran material.
La forma de realización descrita constituye únicamente un ejemplo de la presente invención, por tanto, los detalles, términos y frases específicos utilizados en la presente memoria no se han de considerar como limitativos, sino que han de entenderse únicamente como una base para las reivindicaciones y como una base representativa que proporcione una descripción comprensible, así como la información suficiente al experto en la materia para aplicar la presente invención.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1- Aparato (1) de ensayo para medir la resistencia al deslizamiento de una probeta (2) plana de un pavimento, que comprende una carcasa (3) de protección en cuyo interior presenta un dispositivo de pulimentado (4) configurado por tres ruedas (5) unidas a una plataforma giratoria (6) conectada a unos medios de accionamiento y control (17) para llevar a cabo una o más series de ciclos de pulimentado sobre una primera corona (7) circular de la probeta (2) plana y, un dispositivo de medida (8) de la resistencia al deslizamiento de la probeta (2) configurado para actuar sobre una zona de la misma en forma de una segunda corona (9) circular, comprendiendo el aparato (1) de ensayo medios dispuestos para ubicar el dispositivo de medida (8) de la resistencia al deslizamiento sobre la probeta (2) plana tras una serie de ciclos de pulimentado de manera que dicha segunda corona (9) circular queda comprendida en el interior de la primera corona (7) circular, caracterizado porque comprende - unos medios de dosificación de material abrasivo sobre la superficie de la probeta (2) y unos medios de dosificación controlada de agua sobre la misma, y;
    - unos medios de desplazamiento vertical del dispositivo de pulimentado (4) configurados para situarlo en una primera posición sobre la probeta (2), para la realización de una serie de ciclos de pulimentado y en una segunda posición a una altura determinada sobre la probeta (2) cuando se termina dicha serie de ciclos, tal que permite el posicionamiento del dispositivo de medida (8) de la resistencia al deslizamiento sobre la probeta (2);
    - donde las ruedas (5) del dispositivo de pulimentado (4) son ruedas macizas sujetas a la plataforma giratoria (6) en una posición fija y tal que están situadas alineadas tangencialmente.
    2- Aparato (1) de ensayo para medir la resistencia al deslizamiento de una probeta (2) plana de un pavimento, según la reivindicación 1, caracterizado porque la probeta (2) plana es una probeta elaborada en laboratorio y el aparato (1) de ensayo comprende una zona de recepción (13) de la misma, donde los medios de desplazamiento vertical del dispositivo de pulimentado (4) permiten el posicionamiento del mismo sobre dicha probeta (2).
    3- Aparato (1) de ensayo para medir la resistencia al deslizamiento de una probeta (2) plana de un pavimento, según la reivindicación 1, caracterizado porque la probeta (2) plana es una probeta delimitada in situ en una superficie de rodadura de un pavimento y el aparato (1) de ensayo y los medios de desplazamiento vertical del dispositivo de pulimentado (4) están dispuestos tal que pueden posicionar el dispositivo de pulimentado (4) sobre dicha probeta (2).
    4- Aparato (1) de ensayo para medir la resistencia al deslizamiento de una probeta (2) plana de un pavimento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de desplazamiento están formados por unos gatos hidráulicos.
    5- Aparato (1) de ensayo para medir la resistencia al deslizamiento de una probeta (2) plana de un pavimento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la diferencia entre el diámetro exterior y el diámetro interior de la primera corona (7) circular es mayor que la diferencia entre los de la segunda corona (9) circular.
    6- Aparato (1) de ensayo para medir la resistencia al deslizamiento de una probeta (2) plana de un pavimento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de accionamiento y control (17) del dispositivo de pulimentado (4) están configurados de manera que la velocidad tangencial de las ruedas (5) está comprendida entre 2 y 5 Km/h.
    7- Aparato (1) de ensayo para medir la resistencia al deslizamiento de una probeta (2) plana de un pavimento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo de pulimentado (4) presenta un peso comprendido entre 40 y 45kg.
    8- Aparato (1) de ensayo para medir la resistencia al deslizamiento de una probeta (2) plana de un pavimento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de dosificación controlada de agua comprenden un depósito de agua, una bomba volumétrica conectada a la misma y al menos dos difusores (10) fijados en la carcasa (3) de protección.
    9- Aparato (1) de ensayo para medir la resistencia al deslizamiento de una probeta (2) plana de un pavimento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de dosificación de material abrasivo están situados sujetos sobre la plataforma giratoria (6) y presentan unos medios de control (12) inalámbricos.
    10- Aparato (1) de ensayo para medir la resistencia al deslizamiento de una probeta (2) plana de un pavimento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de accionamiento y control (17) comprenden un microprocesador y están conectados a un motor de giro de la plataforma giratoria (6), a los medios de dosificación controlada de agua y a los medios de dosificación de material abrasivo.
    11- Aparato (1) de ensayo para medir la resistencia al deslizamiento de una probeta (2) plana de un pavimento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo de medida (8) de la resistencia al deslizamiento comprende un disco (15) que presenta tres zapatas (16) de goma dispuestas tal que el giro del disco (15) permite que la trayectoria de dichas zapatas (16) describan la segunda corona (9) circular y, un software de medida del coeficiente de fricción en función de la deceleración del disco (15).
    12- Método de ensayo de pulimento acelerado de una probeta (2) plana de un pavimento, mediante un aparato (1) de ensayo para medir la resistencia al deslizamiento, como el definido en las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que comprende las siguientes fases
    - Fase 1: obtención de una probeta (2) plana de pavimento;
    - Fase 2: realización de una primera etapa de ejecución de series de determinados números de ciclos de pulimento y medición del coeficiente de fricción tras cada serie, en la superficie de dicha probeta (2), donde dicha primera etapa comprende un total de al menos 4000 ciclos de pulimento; y donde durante todas las series de ciclos de pulimento de la primera etapa se realiza un aporte de material abrasivo sobre la superficie de la probeta (2);
    - Fase 3: realización de una segunda etapa de ejecución de series de determinados números de ciclos de pulimento y medición del coeficiente de fricción tras cada serie, en la superficie de dicha probeta (2), donde dicha segunda etapa comprende un número de ciclos tal que la probeta (2) queda sometida a un total de al menos 22000 ciclos de pulimento; y donde durante series alternas de ciclos de pulimento de la segunda etapa se realiza un aporte de material abrasivo sobre la superficie de la probeta (2);
    - donde durante la primera y la segunda etapa se realiza un aporte regulado de agua sobre la superficie de la probeta (2) mediante unos medios de dosificación controlada de agua, para la humectación de la misma, y;
    - Fase 4: obtención de una curva de evolución (18) del coeficiente de fricción.
    13- Método de ensayo de pulimento acelerado de una probeta plana de un pavimento, según la reivindicación 12, caracterizado por que el coeficiente de fricción obtenido mediante el proceso de medición tras cada serie es el que se obtiene de la medición a una velocidad de entre 20km/h (DF20) y 40 km/h (DF40).
    14- Método de ensayo de pulimento acelerado de una probeta plana de un pavimento, según cualquiera de las reivindicaciones 12 y 13, caracterizado por que la primera etapa comprende una primera serie de 1000 ciclos de pulimento y, unas segunda y tercera series de 1500 ciclos cada una y, la segunda etapa comprende un número determinado de series de 1500 ciclos cada una hasta llegar a los 22000 ciclos.
    15- Método de ensayo de pulimento acelerado de una probeta plana de un pavimento, según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado por que tras la obtención de la curva de evolución (18) del coeficiente de fricción se obtiene una primera envolvente (19) correspondiente a los puntos altos de la misma y una segunda envolvente (20) correspondiente a los puntos bajos de dicha curva de evolución (18).
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